機(jī)載氣象雷達(dá)人工調(diào)節(jié)故障分析

柳昌齡

摘 要：氣象是飛行安全的一個(gè)至關(guān)重要的因素，惡劣天氣也是飛機(jī)失事遇難的重要原因。機(jī)載氣象雷達(dá)作為一種頗為有效的氣象探測設(shè)備，對(duì)飛機(jī)的安全運(yùn)行有著不可低估的作用。由于我國的地面氣象服務(wù)還未能覆蓋飛行的整個(gè)過程，因此必須使用機(jī)載氣象雷達(dá)等航空電子設(shè)備，為飛行員提供實(shí)時(shí)的氣象信息，讓他們能避開各種危險(xiǎn)區(qū)域，安全、準(zhǔn)確、舒適地把旅客和貨物送往目的地。因此正確使用機(jī)載氣象探測設(shè)備，受到各飛機(jī)運(yùn)營單位的重視。

關(guān)鍵詞：含水量 反射體 地球曲面 地面雜波

中圖分類號(hào)：V243.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）02（c）-0024-02

目前裝備飛機(jī)的最新氣象雷達(dá)除了能探測雷雨等氣象區(qū)域外，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)切變、湍流的有效探測，這些功能可提高飛機(jī)在各種氣象條件下的飛行安全性。但大多數(shù)通航飛機(jī)使用的氣象雷達(dá)天線俯仰調(diào)節(jié)依然配備了人工調(diào)節(jié)的功能。這種傳統(tǒng)的手動(dòng)調(diào)節(jié)，具有以下特點(diǎn)：（1）可以進(jìn)行純雨量探測；（2）需要人為調(diào)節(jié)天線（波束）高低，搜索掃描雷雨的反射體。

1 機(jī)載氣象雷達(dá)的組成及工作原理

氣象雷達(dá)的基本原理與其他類型的雷達(dá)是相同的，都是利用物體對(duì)高頻電磁波的反射效應(yīng)來探測目標(biāo)的。機(jī)載氣象雷達(dá)主要用于探測航路上的降水，也就是空氣中的小水滴。定性地說，物體只能反射波長與自身幾何尺寸相近或者更小的電磁波，所以氣象雷達(dá)的工作頻率都很高。渦輪飛機(jī)飛行高度高，航程遠(yuǎn)，隨時(shí)掌握飛機(jī)前方航路上的氣象條件對(duì)于飛行安全來說是至關(guān)重要的。而通過對(duì)空中的雷雨區(qū)、暴雨區(qū)、冰雹、湍流、風(fēng)切變等惡劣氣象進(jìn)行探測，可以大大提高飛機(jī)的飛行安全。

不同型號(hào)的氣象雷達(dá)所包含的組件可能不同，他們?cè)诟餍惋w機(jī)上的配置也有多種形式。但是氣象雷達(dá)的基本組件卻大致相同，包括雷達(dá)收發(fā)機(jī)（Transceiver，XCVR）、雷達(dá)信號(hào)采集控制盒（Controller，CONT）、天線運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（ANTENNA DRIVE）、天線支架、收發(fā)天線（ANTENNA）波導(dǎo)管（WAVEGUIDE）以及氣象信息顯示器（IND）等。較為先進(jìn)的氣象雷達(dá)將收發(fā)機(jī)、控制盒、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、天線以及波導(dǎo)管集成為一個(gè)天線收發(fā)機(jī)機(jī)構(gòu)，省去了波導(dǎo)管的傳輸，減少了信號(hào)失真，降低了維護(hù)難度。

收發(fā)機(jī)是氣象雷達(dá)的核心部件，用以生成X波段的脈沖射頻信號(hào)，通過天線發(fā)射出去，同時(shí)將天線接收到的反射標(biāo)信號(hào)進(jìn)行放大、濾波等一系列處理，最后將回波輸往終端顯示設(shè)備。當(dāng)氣象雷達(dá)探測到風(fēng)切變時(shí)，向機(jī)組發(fā)送視覺或者音頻警告。

2 機(jī)載氣象雷達(dá)的功能介紹

機(jī)載氣象雷達(dá)主要實(shí)現(xiàn)以下7個(gè)功能。

（1）掃描探測夾帶水滴的湍流區(qū)域。

（2）掃描探測前方航路上扇形區(qū)域內(nèi)的氣象目標(biāo)，例如冰雹、降水、雷雨等。

（3）探測飛機(jī)飛行航路上可能引起撞機(jī)的障礙物，例如：高聳的山峰、摩天大樓等。

（4）查探機(jī)頭前下方的地形狀況，例如：丘陵、河流、平原、城市建筑群等。

（5）雷達(dá)導(dǎo)航信標(biāo)的作用。

（6）顯示由其他系統(tǒng)輸入的文字或圖形信息。

（7）風(fēng)切變的探測。

3 氣象雷達(dá)手動(dòng)調(diào)節(jié)問題分析

機(jī)載氣象雷達(dá)在工作原理上相對(duì)簡單，但在實(shí)際使用與維護(hù)中卻相對(duì)復(fù)雜得多。在使用上，氣象雷達(dá)需要根據(jù)實(shí)際情況不斷進(jìn)行量程、俯仰、增益上的合理調(diào)整，才可獲得精確的氣象目標(biāo)信息。

3.1 氣象雷達(dá)顯影不強(qiáng)，不清晰，不準(zhǔn)確，回波弱

由于雷達(dá)只能探測到氣象目標(biāo)中的降水，因此對(duì)于含水量低的大氣環(huán)境，氣象雷達(dá)對(duì)降雨的探測并不準(zhǔn)確，雷達(dá)探測顯影不強(qiáng)大多是由于大氣或雷雨含水量不高。

（1）雷雨不同高度層的含水率不同，其中只有下2/3部分含有水分，其頂部（冰晶成分）雷達(dá)不能觀測到，因此不同的附仰角度所得到的圖像也不同，含水層反射率最高，回波最強(qiáng)。若發(fā)現(xiàn)氣象雷達(dá)顯影不強(qiáng)，可以進(jìn)行天線俯仰調(diào)節(jié)，將波束調(diào)節(jié)到雷雨的含水反射體部分進(jìn)行觀測（見圖1）。

（2）在空氣干燥的地區(qū)，如我國北方，大氣中水分含量低，雷達(dá)的反射率也較低，在這些區(qū)域飛行應(yīng)適當(dāng)調(diào)高增益來進(jìn)行補(bǔ)償進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)償。

（3）氣象雷達(dá)無法探測到?jīng)]有形成對(duì)流運(yùn)動(dòng)、含水率極低的云團(tuán)。在雷雨形成初期，氣流強(qiáng)烈并伴隨閃電，但因含水率低，雷達(dá)回波可能較弱，需人工補(bǔ)償雷達(dá)增益，探測閃電活動(dòng)。

3.2 遠(yuǎn)距離看不到雷雨，只有近距離（40海里以內(nèi)）才能看到

（1）距離較遠(yuǎn)時(shí)無法觀察到雷雨，可能是由于地球曲面對(duì)遠(yuǎn)距目標(biāo)探測產(chǎn)生影響。這時(shí)可以嘗試調(diào)整雷達(dá)顯示的距離圈，將距離設(shè)置到80海里或以上再進(jìn)行觀測。同時(shí)可以增加飛行高度，減小地球曲面的影響，同時(shí)還能有效避免地面反射波。

（2）根據(jù)所設(shè)的距離圈，正常情況下采用掃地雜波毛邊的原理進(jìn)行俯仰設(shè)置（見圖2）及調(diào)節(jié)俯仰，保持顯示器外緣距離圈有一薄層地波。這適于10 000 FT高度以上或平飛的飛機(jī)。

3.3 地面雜波過多

地面目標(biāo)對(duì)雷達(dá)的掃描波束也會(huì)進(jìn)行反射，在飛行使用中如果天線角度設(shè)置過低，會(huì)引入過多地面雜波。這時(shí)需要進(jìn)行天線的俯仰調(diào)節(jié)，按照掃毛邊方式進(jìn)行俯仰設(shè)置，避免地面反射雜波影響氣象探測。

4 結(jié)語

民用機(jī)載氣象雷達(dá)發(fā)展至今，由于采用了性能先進(jìn)的雷達(dá)探測技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)及計(jì)算機(jī)自動(dòng)模擬技術(shù)，其動(dòng)態(tài)范圍、探測距離、靈敏度及可靠性都得到很大程度的提高。同時(shí)，在采用了路程衰減補(bǔ)償（PAC）、地面雜波抑制（GCS）等自能化功能后，對(duì)飛行員操控要求也大大降低。但面對(duì)復(fù)雜多變的氣象環(huán)境，再先進(jìn)的技術(shù)也需要以飛行員的正確操作作為基礎(chǔ)。因此雷達(dá)天線的人工調(diào)節(jié)方法需要我們的飛行員和機(jī)務(wù)人員正確掌握，這樣才能讓我們?cè)诿鎸?duì)極端天氣時(shí)做出正確判斷，避免災(zāi)難的發(fā)生。

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